-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für optische
Kommunikation im Raum, die Kommunikation zwischen zwei räumlich getrennten
Punkten durch Übertragen
eines modulierten Lichtsignalstrahls in der Atmosphäre durchführt.
-
Stand der
Technik
-
Im
allgemeinen ermöglicht
die Kommunikation, die Gebrauch von dem Lichtsignal macht, eine Übertragung
von Information großer
Kapazität
mit hoher Geschwindigkeit, und insbesondere weist optische Kommunikation
im Raum, die den freien Raum als Übertragungsmedium verwendet,
die Vorteile höherer
Portabilität
und einfacherer Installation des Kommunikationskanals als die leitungsgebundene Kommunikation
auf, die optischen Fasern und dergleichen verwendet. Die herkömmlichen
Kommunikationsvorrichtungen benutzten automatische Nachführung (autotracking)
zum Steuern des Emissionswinkels des Lichtstrahls, um zu verhindern,
dass das Lichtsignal von der Vorrichtung abfällt, um die Zuverlässigkeit
der optischen Kommunikation im Raum zu verbessern (siehe beispielsweise
die
EP 0724340 ).
-
1 zeigt
die Struktur einer Vorrichtung für optische
Kommunikation im Raum mit einer Nachführungsfunktion, bei einem herkömmlichen
Beispiel, bei dem eine Linse 1 für Übertragung und Empfang an einer
einer Partnervorrichtung gegenüberliegenden
Position platziert ist und bei der eine Linse 2 und ein
bewegbarer Spiegel 3 im Strahlengang hinter der Linse 1 angeordnet
sind. Ein Polarisationsstrahlteiler 4, eine Linse 5 und
eine lichtemittierende Vorrichtung 6, die aus einer Halbleiterlaserlichtquelle
oder dergleichen zusammengesetzt ist, sind in der Einfallsrichtung
des bewegbaren Spiegels 3 angeordnet. Ein Strahlteilerspiegel 7,
eine Linse 8 und ein Positionsdetektor 9 sind
in der Reflexionsrichtung des Polarisationsstrahlteilers 4 angeordnet,
und eine Linse 10 und ein lichtempfangendes Element 11 sind
in der Reflexionsrichtung des Strahlteilerspiegels 7 angeordnet.
-
Der
Ausgangsanschluss eines Multiplexers 12 ist mit der lichtemittierenden
Vorrichtung 6 verbunden, der Ausgang des Eingangsanschlusses 13 für das übertragene
Signal ist durch einen Verstärker 14 mit
dem Multiplexer 12 verbunden, und der Ausgang des Oszillators 15 ist
ebenfalls mit dem Multiplexer verbunden. Ferner ist der Ausgang
des lichtempfangenden Elements 11 durch einen Verstärker 16 mit einem
Ausgangsanschluss 17 für
ein empfangenes Signal verbunden.
-
Der
Ausgang des Positionsdetektors 9 ist mit einer Nachführungssteuerschaltung 18 verbunden, und
der Ausgang der Nachführungssteuerschaltung 18 ist
mit dem bewegbaren Spiegel 3 durch zwei Aktuatoren 19, 20 zum
Verändern
des Winkels des bewegbaren Spiegels 3 verbunden. Ein Kollimationsskop 21 für einen
Inspektor, um die Kollimation der Achse sichtmäßig zu verifizieren, wird nahezu
parallel zu der optischen Achse des bewegbaren Spiegels 3 bereitgestellt.
-
Anlässlich der Übertragung
wird das übertragene
Signal über
den Eingangsanschluss 13 für das Übertragungssignal eingegeben,
durch den Verstärker 14 verstärkt und
ferner mit einem Signal von dem Oszillator 15 in dem Multiplexer 12 gemultiplext.
Danach wird das resultierende Signal an die lichtemittierende Vorrichtung 6 ausgegeben.
Die lichtemittierende Vorrichtung 6 Intensitäts-moduliert
ihr Emissionslicht gemäß dem Eingangssignal,
um es in ein Lichtsignal umzuwandeln. Der Strahl von der lichtemittierenden
Vorrichtung 6 wird durch die Linse 5 zu dem Polarisationsstrahlenteiler 4 geführt. Da
dieser Strahl parallel zur Zeichnungsebene polarisiert ist, wird
er vom Polarisationsstrahlteiler 4 übertragen, wie er ist. Dann
wird der Strahl am bewegbaren Spiegel 3 nach links reflektiert
und läuft
dann durch die Linsen 2, 1, um zur Partnervorrichtung
emittiert zu werden.
-
Anlässlich des
Empfangs fällt
der Lichtstrahl von der Partnervorrichtung von links in die Linse 1 ein,
läuft durch
die Linse 2, um am bewegbaren Spiegel 3 reflektiert
nach unten zu werden, und erreicht dann den Polarisationsstrahlteiler 4.
Da dieser Strahl senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert ist,
wird er nach rechts durch die Bondfläche des Polarisationsstrahlenteilers 4 reflektiert,
um in zwei Richtungen durch den Strahlteilerspiegel 7 geteilt
zu werden. Der durch den Strahlteilerspiegel 7 reflektierte
Strahl läuft
durch die Linse 10 und wird dann von dem lichtempfangenden
Element 11 empfangen, um in ein elektrisches Signal umgewandelt
zu werden. Danach wird das elektrische Signal auf einen geeigneten
Pegel durch den Verstärker 16 verstärkt, und
das verstärkte
Signal wird von dem Ausgangsanschluss 17 für das empfangene
Signal ausgegeben.
-
Andererseits
wird der durch den Strahlteilerspiegel 7 übertragene
Strahl durch die Linse 8 konvergiert, um als ein Bildfleck
S durch den Positionsdetektor 9 empfangen zu werden. Der
Positionsdetektor 9 erfasst die Position des Bildflecks
S und gibt es als ein Positionssignal an die Nachführungssteuerschaltung 18 aus.
Die Nachführungssteuerschaltung 18 berechnet
einen Winkel des Lichtstrahls von der Partnervorrichtung mit Bezug
auf den optischen Pfad der vorliegenden Vorrichtung basierend auf
diesem Positionssignal und erzeugt Treibersignale für die Aktuatoren 19, 20.
Die Aktuatoren 19, 20 stellen den Winkel des bewegbaren
Spiegels 3 so ein, dass der Bildfleck S auf die Mitte des
Positionsdetektors 9 fällt.
-
Mit
dieser Einstellung wird die Position der lichtemittierenden Vorrichtung 6 ebenfalls
eingestellt, wodurch der optische Pfad des emittierten Strahls in Übereinstimmung
mit dem des einfallenden Strahls kommt. Daher wird der Lichtstrahl
genau zu der Partnervorrichtung emittiert. Wenn die Vorrichtung
dazu neigt, während
der Kommunikation den optischen Pfad des empfangenen Lichts zu verschieben
und die Position des Bildflecks S auf dem Positionsdetektor 9 von
der Mitte zu verschieben, dann wird der bewegbare Spiegel 3 sofort
bewegt, um den optischen Einfallpfad des Lichtstrahls sukzessiv
zu korrigieren, um den Bildfleck S in der Mitte des Positionsdetektors 9 zu
empfangen, wodurch der einfallende Lichtstrahl am Herausfallen aus
der Vorrichtung gehindert wird.
-
Hier
erfasst der Positionsdetektor 9 selektiv nur ein Wechselstrompilotsignal
einer spezifischen Frequenz, um den Einfluss des Hintergrundlichtes um
die Partnervorrichtung herum zu vermeiden, d.h., um zu verhindern,
dass das Positionserfassungssignal zu dem starken Hintergrundlicht
gezogen wird, um einen Fehler zu verursachen. Dieses Pilotsignal wird
von dem Oszillator 15 erzeugt und mit dem Übertragungssignal
in den Multiplexer 12 gemultiplext, um an die Partnervorrichtung übertragen
zu werden.
-
2 ist
eine Vorderansicht eines in vier Abschnitte aufgeteilten Positionsdetektors 9.
Die vier segmentären
photodetektierenden Elemente 9a bis 9d erhalten
die Position des Bildflecks S durch Vergleiche ihrer Ausgaben. 3 zeigt
einen zweidimensionalen Lichtpositionsdetektor 9e, bei
dem eine vertikale Position des Punktlichtes S auf diesem Positionsdetektor 9e durch
eine Differenz zwischen Eingangsspannungen an dem positiven Eingangsanschluss
und an dem negativen Eingangsanschluss des Verstärkers 22 und eine
horizontale Position davon durch eine Differenz zwischen Eingangsspannungen
an dem positiven Eingangsanschluss und an dem negativen Eingangsanschluss
des Verstärkers 23 erfasst
wird. In jedem der beiden Fälle
von 2 und 3 fällt das Hintergrundlicht zusätzlich zu dem
Lichtfleck S ebenfalls auf den Positionsdetektor 9a bis 9e ein,
und die Komponenten der Frequenzen mit Ausnahme für die des
Pilotsignals werden durch eine elektrische Schaltung, wie beispielsweise
ein Filter oder ein Frequenz-selektiver Verstärker, an dem hinteren Ende
des Positionsdetektors entfernt und nicht erfasst.
-
Die
oben angegebene Nachführungsfunktion arbeitet
nicht, es sei denn, dass der Lichtstrahl von der Partnervorrichtung
in einem Pegel ankommt, der empfangen werden kann, und es sei denn,
dass der Lichtfleck S auf einen Teil des Positionsdetektors 9 auffällt. Bei
der Anfangseinstellung während
der Installation der Vorrichtung fixiert eine Bedienungsperson den
bewegbaren Spiegel 3 an einer Anfangsposition nahe dem
Mittelpunkt und stellt die Richtung der Vorrichtung manuell ein,
während
die Partnervorrichtung durch das Kollimationsskop 21 beobachtet wird.
-
Die
Vorrichtung für
optische Kommunikation im Raum des oben beschriebenen herkömmlichen Beispiels
weist jedoch die folgenden Probleme auf, da sie das Pilotsignal
verwendet, um den Einfluss des Hintergrundlichtes zu vermeiden.
- (1) Die Vorrichtung muss den Oszillator 15 und den
Multiplexer 12 des Pilotsignals aufnehmen, und der Empfangsabschnitt
muss die Schaltung aufweisen, um lediglich das Pilotsignal zu extrahieren.
Daher sind die Kosten hoch.
- (2) Da das Pilotsignal dem Übertragungssignal überlagert
wird, erhält
man eine Signalinterferenz, wie beispielsweise Intermodulation,
aufgrund der Nicht-Linearität
der lichtemittierende Vorrichtung 6, des lichtempfangenden
Elements 11, des Verstärkers 16 usw.
Dieses verschlechtert die Signalqualität.
- (3) Um zu verhindern, dass sich das Frequenzband des Übertragungssignals
mit dem des Pilotsignals überlappt,
ist das Frequenzband des Übertragungssignals
begrenzt. Da der Positionsdetektor 9 ferner normalerweise
einen kleinen Photoempfangsbereich aufweist, muss die Anfangseinstellung
mit Beobachten der Partnervorrichtung durch das Kollimationsskop 21 ausgeführt werden,
um das Licht dazu zu bringen, korrekt einzufallen. Da die Positionsbeziehung
mit Präzision
zwischen dem Kollimationsskop 21 und dem Positionsdetektor 9 eingestellt
werden muss, gibt es Kosten, die für die Installation und Einstellung
des Kollimationsskop 21 notwendig sind.
-
Die
JP 07 154 326 offenbart
eine Vorrichtung für
optische Übertragung,
bei der das Signal und das Hintergrundlicht parallel ausgewählt und
erfasst werden. Dies führt
zu instabilen Ergebnissen im Fall von driftenden Empfängern.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
für optische
Kommunikation im Raum bereitzustellen, die den Einfluss des Hintergrundlichtes
ohne Verwenden des Pilotsignals beseitigen kann, wobei die obigen
Probleme gelöst
werden.
-
Die
obigen Probleme werden überwunden und
die vorerwähnte
Aufgabe wird durch die Vorrichtung für optische Kommunikation im
Raum gemäß Anspruch
1 und dem Verfahren zum Einstellen eines Orientierungswinkels eines
optischen Systems in einem System für optische Kommunikation im
Raum gemäß Anspruch
10 erreicht. Die abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf weitere Entwicklungen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Diagramm, um die Struktur der Vorrichtung für optische Kommunikation im
Raum des herkömmlichen
Beispiels zu zeigen;
-
2 ist
eine Vorderansicht eines Beispiels des Positionsdetektor;
-
3 ist
ein Diagramm, um die Struktur eines weiteren herkömmlichen
Beispiels des Positionsdetektors zu zeigen;
-
4 ist
ein Diagramm, um die Struktur der ersten Ausführungsform der Vorrichtung
für optische Kommunikation
im Raum gemäß der vorliegenden Erfindung
zu zeigen;
-
5A, 5B und 5C sind
graphische Darstellungen zum Erläutern
der Beseitigung des Einflusses des Hintergrundlichtes; und
-
6 ist
ein Diagramm, um die Struktur der zweiten Ausführungsform zu zeigen.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird ausführlich durch
Bezug auf die in
-
4 bis 6 dargestellten
Ausführungsformen
beschrieben.
-
4 ist
ein Diagramm, um die Struktur der ersten Ausführungsform der Vorrichtung
für optische Kommunikation
im Raum gemäß der vorliegenden Erfindung
zu zeigen, bei der eine Linse 30 zur Übertragung und Empfang an der
der Partnervorrichtung gegenüberliegenden
Position angeordnet ist, und bei der eine Linse 31 und
ein bewegbarer Spiegel 32 an dem optischen Pfad hinter
dieser Linse 30 platziert sind. An dem optischen Pfad in
der Einfallsrichtung des bewegbaren Spiegels 32 gibt einen
Polarisationsstrahlteiler 33, der eine Funktion für einen
Lichtstrahl des infraroten Wellenlängenbereichs, wie beispielsweise
ein Signallicht, aufweist, um die Polarisationskomponente parallel
zu der Ebene der Zeichnung zu übertragen,
jedoch die Polarisationskomponente senkrecht zu der Ebene der Zeichnung
durch ihre Kombinationsfläche
zu reflektieren, eine Linse 34 und eine lichtemittierende
Vorrichtung 35, wie beispielsweise einen Halbleiterlaser,
zum Emittieren eines Lichtstrahls des infraroten Wellenlängenbereichs,
und die Ausgabe des Eingangsanschlusses 36 für das übertragene
Signal ist durch einen Verstärker 37 mit
der lichtemittierenden Vorrichtung 35 verbunden.
-
Ein
Lichtteilungsspiegel 38 ist in der Reflexionsrichtung des
Polarisationsstrahlenteilers 33 platziert. An dem optischen
Pfad in der Reflexionsrichtung des Strahlteilerspiegels 38 gibt
es eine Linse 39 und ein lichtempfangendes Element 40,
wie beispielsweise eine Lawinenphotodiode oder eine pin-Diode, und
die Ausgabe des lichtempfangendes Element 40 wird durch
einen Verstärker 41 mit
dem Ausgangsanschluss 42 für ein empfangenes Signal verbunden.
-
An
dem optischen Pfad in der Richtung der Übertragung des Strahlteilerspiegels 38 sind
der Reihe nach eine Flüssigkristallschicht 43,
eine polarisierende Platte 44 zum Übertragen von polarisiertem Licht
senkrecht zu der Ebene der Zeichnung, eine Linse 45 und
eine CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 angeordnet,
die als ein Positionsdetektor und als ein Finder für die Kollimation
dient. Die Ausgabe der Flüssigkristallsteuereinheit 47 ist
mit der Flüssigkristallschicht 43 verbunden.
Die Flüssigkristallschicht 43 und
die polarisierende Platte 44 können zwischen der Linse 45 und
der CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 positioniert
sein.
-
Die
Ausgabe der CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 ist sukzessiv
mit einer CCD-Steuerschaltung 48, einem A/D-Wandler 49,
einem Bildspeicher 50, einem Subtrahierer 51 und
einer Nachführungssteuereinheit 52 gekoppelt.
Die Ausgabe der CCD-Steuereinheit 48 ist ebenfalls mit
einem Findermonitoranschluss 53 verbunden, und die Ausgabe
des A/D-Wandlers 49 ist ebenfalls direkt mit dem Subtrahierer 51 verbunden.
Die Ausgabe der Nachführungssteuereinheit 52 ist
durch zwei Aktuatoren 54, 55 mit dem bewegbaren
Spiegel 32 und ebenfalls mit der Flüssigkristallsteuereinheit 47 und
dem Bildspeicher 50 verbunden.
-
Anlässlich der Übertragung
wird das Übertragungssignal über den
Eingangsanschluss 36 für das Übertragungssignal
eingegeben, und das Üertragungssignal
wird durch den Verstärker 37 verstärkt, um
an die lichtemittierende Vorrichtung 35 ausgegeben zu werden.
Das Übertragungssignal
wird in ein Lichtsignal in der lichtemittierenden Vorrichtung 35 umgewandelt,
und das Lichtsignal wird durch die Linse 34 zu dem Polarisationsstrahlenteiler 33 geführt. Da
dieser Strahl parallel zur Zeichnungsebene polarisiert ist, wird
der Strahl durch den Polarisationsstrahlenteiler 33 übertragen,
wie er ist, und dann nach links durch den bewegbaren Spiegel 35 reflektiert,
um durch die Linsen 31, 32 zu der Partnervorrichtung
emittiert zu werden.
-
Beim
Empfang fällt
der Lichtstrahl von der Partnervorrichtung in die Linse 30 von
links ein, läuft durch
die Linse 31, um nach unten durch den bewegbaren Spiegel 32 reflektiert
zu werden, und erreicht dann den Polarisationsstrahlteiler 33.
Da dieser Strahl senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert ist, wird
der Strahl nach rechts durch die Bondoberfläche des Polarisationsstrahlteilers 33 reflektiert
und dann durch den Strahlteilerspiegel 38 in zwei Richtungen geteilt.
Der durch den Strahlteilerspiegel 38 reflektierte Strahl
wird durch die Linse 39 geführt und dann von dem lichtempfangenden
Element 40 empfangen, um in ein elektrisches Signal umgewandelt
zu werden. Danach wird das elektrische Signal auf einen geeigneten
Pegel durch den Verstärker 41 verstärkt, und
das verstärkte
Signal wird von dem Ausgangsanschluss 42 für das empfangene
Signal ausgegeben.
-
Da
der durch den Strahlteilerspiegel 38 übertragene Strahl andererseits
senkrecht zur Zeichnungsebene in einem Zustand polarisiert ist,
bei dem keine Spannung an die Flüssigkristallschicht 43 durch
ein Zeitsteuersignal T von der Nachführungssteuerschaltung 52 angelegt
wird, läuft
der Strahl durch die Flüssigkristallschicht 43 und
die polarisierende Platte 44 mit geringer Abschwächung, läuft dann
durch die Linse 45 und tritt in die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 ein.
Das Hintergrundlicht läuft ebenfalls
auf dem gleichen optischen Pfad, um in die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 einzutreten,
wobei es jedoch auf die halbe Intensität während der Übertragung durch die polarisierende
Platte 44 abgeschwächt
wird, weil das Hintergrundlicht sämtliche Polarisationskomponenten
umfasst, und der Polarisationsstrahlteiler 33 als ein typischer
Strahlteiler für den
Lichtstrahl des infraroten Wellenlängenbereichs, wie beispielsweise
dem Hintergrundlicht, arbeitet. Das empfangene Signallicht und das
auf die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 einfallende
Hintergrundlicht wird in ein Videosignal durch die CCD-Steuerschaltung 48 umgewandelt,
und das Videosignal wird durch den A/D-Wandler 49 in ein
Digitalsignal umgewandelt. Videoinformation eines Felds oder eines
Frames wird in den Bildspeicher 50 gespeichert. Eine Linie
längs der
Zeitachse nahe dem zentralen Teil der somit geschriebenen Bildinformation
ist beispielsweise, wie in 5A dargestellt.
Die Spitze in dem zentralen Teil ist das empfangene Signallicht.
-
Wenn
die Spannung an die Flüssigkristallschicht 43 angelegt
wird, kommt die Flüssigkristallschicht 43 dazu,
eine optische Rotationsleistung aufzuweisen, sodass sich die Polarisationsrichtung
der des dadurch übertragenen
Lichts um 90°C
dreht. Als Ergebnis läuft
das meiste des empfangenen Signallichts nicht durch die polarisierende
Platte 44, wohingegen das Hintergrundlicht ebenfalls auf
die halbe Intensität
abgeschwächt
wird. Daher gibt es keine Änderung
in der Intensität
des Hintergrundlichts zwischen vor und nach der Anlegung der Spannung
an die Flüssigkristallschicht 43.
Demgemäß fällt nur
das Hintergrundlicht auf die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 ein,
und das Bildsignal wird als ein Signal D2 über die CCD-Steuerschaltung 48 und den A/D-Wandler 49 zu
dem Subtrahierer 51 gesendet. Das in den Bildspeicher 50 geschriebene
Bildsignal wird andererseits mit der gleichen Zeitsteuerung gelesen,
um als ein Signal D1 an den Subtrahierer 51 gesendet zu
werden. Der Subtrahierer führt
eine Subtraktion zwischen dem Signal D2 und dem Signal D1 durch
Hardware mittels einer Logikschaltung oder durch Software mittels
der CPU durch und gibt das Ergebnis aus.
-
Das
Signal der 5A entsprechenden Leitung in
dem Signal D2 umfasst das Hintergrundlicht und das Signallicht,
während
ein Signal einer 5B entsprechenden Leitung fast
nur das gleiche Hintergrundlicht jedoch kein Signallicht aufweist.
Da es wenig Unterschied zwischen den Erfassungszeiten des Signals
von 5A und des Signals von 5B gibt,
gibt es wenig Änderung
in dem Hintergrundlicht während
der Spanne zwischen den Erfassungszeiten. Die Subtraktion zwischen
ihnen beseitigt die Komponenten des Hintergrundlichts und extrahiert nur
das Signallicht, um das Signal zu erhalten, wie in 5C dargestellt
ist. Dieses Signal wird als ein Signal D3 an die Nachführungssteuerschaltung 52 ausgegeben.
Die Nachführungssteuerschaltung 52 prüft die Position
der Spitze des Signals D3, um die Position des Signallichtpunkts
zu erfassen. Da das Signal D3 frei von dem Rauschen aufgrund der
Komponenten des Hintergrundlichts ist, kann die Spitzenposition
ohne weiteres und mit Genauigkeit erfasst werden. Dieses Verfahren
ist ebenfalls frei von dem Fehler, der verursacht wird, wenn das
Positionserfassungsergebnis zu dem starken Hintergrundlicht gezogen
wird.
-
Die
Zeitsteuerung für
die Übertragung/Nicht-Übertragung
des Signallichtes durch das Signal-selektive Mittel und die Zeitsteuerung
des Lesens/Schreibens von dem oder in den Bildspeicher 50 wird
durch das Zeitsteuersignal T von der Nachführungssteuerschaltung 52 durchgeführt. Die
Nachführungssteuerschaltung 52 erzeugt
Treibersignale für
die Aktuatoren 54, 55 basierend auf dem erfassten
Positionssignal, wodurch der Winkel des bewegbaren Spiegels 32 auf
die gleiche Art und Weise wie bei dem herkömmlichen Beispiel eingestellt
wird.
-
Das
Videosignal von der CCD-Steuerschaltung 48 wird abgezweigt,
um an den Findermonitoranschluss 53 ausgegeben zu werden.
Ein Fernsehmonitor kann mit dem Findermonitoranschluss 53 verbunden
sein, um das von der CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 aufgenommene
Bild zu beobachten. Dies macht die Notwendigkeit für das Kollimationsskop überflüssig und
ermöglicht
die Beobachtung von einem fernen Platz mittels eines Verlängerungskabels.
-
6 ist
ein Diagramm, um die Struktur der zweiten Ausführungsform zu zeigen, bei der
ein Positionsdetektor 56, der den vier segmentären Elementen 9a bis 9d von 2 oder
dem zweidimensionalen Lichtpositionsdetektor 9e von 3 bei
dem herkömmlichen
Beispiel ähnlich
ist, als der Positionsdetektor 9 verwendet wird. Die Ausgabe
des Positionsdetektors 56 ist mit der Nachführungssteuerschaltung 57 verbunden,
die dem herkömmlichen Beispiel ähnlich ist,
und die vorliegende Ausführungsform
verwendet nicht die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46, die
CCD-Steuerschaltung 48, den A/D-Wandler 49, den
Bildspeicher 50, den Subtrahierer 51 und die Nachführungssteuerschaltung 52 der ersten
Ausführungsform.
Die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Kollimationsskop 58 ähnlich dem
herkömmlichen
Beispiel ausgestattet, und die vorliegende Ausführungsform verwendet nicht
den Pilotsignaloszillator 55 und den Multiplexer 12 des
herkömmlichen
Beispiels. Die weitere Struktur ist der der ersten Ausführungsform ähnlich,
und die gleichen Elemente werden durch die gleichen Symbole bezeichnet.
-
Zuerst
läuft in
dem Zustand, bei dem die Spannung nicht an die Flüssigkristallschicht 43 angelegt
wird, sowohl das empfangene Signallicht als auch das Hintergrundlicht
durch die Flüssigkristallschicht 43 und
die polarisierende Platte 44, um in den Positionsdetektor 56 einzutreten.
Zu dieser Zeit gibt der Positionsdetektor 56 ein Positionserfassungssignal
aus, das eine Position darstellt, die dem Schwerpunkt der Intensitätsverteilung
des Lichts entspricht, das die Überlagerung
des empfangenen Signallichts und des Hintergrundlichts ist.
-
Die
Nachführungssteuerschaltung 57 speichert
dieses Signal vorübergehend
in dem Speicher der CPU. Da die zu speichernde Informationsmenge gering
ist, ist ein zusätzlicher
Speicher – ähnlich dem bei
der ersten Ausführungsform – nicht
notwendig. Als nächstes
wird die Spannung an die Flüssigkristallschicht 43 angelegt,
um das empfangene Signallicht abzufangen, sodass lediglich das Hintergrundlicht
auf den Positionsdetektor 56 einfällt. Die Ausgabe von dem Positionsdetektor 56 stellt
zu dieser Zeit die Position des Schwerpunkts der Intensitätsverteilung
des Hintergrundlichts dar. Die Nachführungssteuerschaltung 57 subtrahiert
das lediglich aus dem Hintergrundlicht resultierende Positionssignal,
das zu dieser Zeit erhalten wird, von dem Positionssignal, das von
der Überlagerung
des empfangenen Signallichts und des zuvor gespeicherten Hintergrundlichts resultiert,
wodurch ein Positionssignal lediglich der Komponente des empfangenen
Signallichts erhalten wird, wobei sich die Hintergrundlichtkomponenten gegenseitig
kompensieren. Dies ermöglicht
lediglich eine genaue Positionserfassung des empfangenen Signallichts
unabhängig
von dem Zustand des Hintergrundlichts.
-
Die
vorliegende Erfindung muss das Kollomationsskop 58 aufnehmen,
wobei sie jedoch das Pilotsignal nicht verwenden muss. Daher ist
die vorliegende Ausführungsform
frei von der Signalverschlechterung aufgrund der Interferenz des
Pilotsignals und der Beschränkung
des Signalfrequenzbands.
-
Zusätzlich zu
der Kombination der Flüssigkristallschicht 43 und
der polarisierende Platte 44 bei der ersten und zweiten
Ausführungsform
gibt es die folgenden Verfahren als das Signalauswahlmittel zum Übertragen/Abfangen
lediglich des empfangenen Signallichts mit einem gewünschten
Zeitsteuerung, ohne die Intensität
des auf den Positionsdetektor 56 einfallenden Hintergrundlichts
zu beeinflussen.
- (1) Eine Halbwellenplatte
wird statt der Flüssigkristallschicht 43 verwendet,
und die Halbwellenplatte dreht die Polarisationsebene des aufkommenden
Lichtes um einen Winkel gleich dem doppelten des Winkels zwischen
der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes und der kristallographischen
Achse. Daher kann das Umschalten zwischen Übertragung und Abfangung des
Signallichtes durch Drehen der Halbwellenplatte 45° um die optische
Achse des optischen Systems (Linse 45) bewirkt werden.
- (2) Nur die polarisierende Platte 44 wird ohne Verwenden
der Flüssigkristallschicht 43 verwendet, und
die polarisierende Platte 44 ist angeordnet, damit sie
sich um die optische Achse des optischen Systems (Linse 45)
zu drehen vermag. Das Umschalten zwischen Übertragung und Abfangung des
Signallichtes kann durch Drehen der Polarisationsplatte um 90° erreicht
werden.
- (3) Das Signallicht ist normalerweise Licht in dem infraroten
Wellenlängenbereich
des Halbleiterlaserlichtes oder dergleichen, wohingegen das Hintergrundlicht
hauptsächlich
Licht in dem sichtbaren Wellenlängenbereich
ist. Demgemäß kann statt
der Kombination der Flüssigkristallschicht 43 mit
der polarisierende Platte 44 ein Wellenlängenselektives
optisches Filter, das sichtbares Licht überträgt, jedoch rotes Licht beschneidet, auf
dem empfangenen Lichtpfad zwischengeschaltet sein, wodurch das Umschalten
von Übertragung
auf Abfangung nur für
das Signallicht erreicht werden kann. Als Beispiel kann das Umschalten
zwischen Übertragung
und Abfangung eines Signals durch Verwenden einer Glasscheibenplatte,
wobei ein halbkreisförmigen
Teils davon als ein Wellenlängenübertragungsfilter
verarbeitet wird, und durch Drehen der Glasscheibenplatte um dessen
optische Achse erreicht werden.
-
Die
obigen Ausführungsformen
werden als die Vorrichtung für
optische Kommunikation im Raum verkörpert, die die Autonachführungsfunktion
aufweist, wobei jedoch die vorliegende Erfindung ebenfalls auf ein
Winkelerfassungsverfahren einer Vorrichtung angewendet werden kann,
die angepasst ist, um die Einstellung des Winkels mit der Hand ohne die
Autonachführungsfunktion
durchzuführen.
In diesem Fall wird die Einstellarbeit manuell durch Einstellen
des Winkels ausgeführt,
während
eine Angabe eines Messgeräts
oder einer Anzeige von Zahlen oder dergleichen der Ausgabe von dem
Positionsdetektor 46, 56 usw., beobachtet wird,
wodurch eine genaue Winkeleinstellung erreicht werden kann, ohne
durch das Hintergrundlicht, wie in dem Fall der automatischen Nachführung, beeinflusst
zu werden.
-
Wie
oben beschrieben ist, kann die Vorrichtung für optische Kommunikation im
Raum gemäß der vorliegenden
Erfindung die genaue Winkelerfassung mit niedrigen Kosten durchführen, ohne
das Pilotsignals für
die Winkelerfassung zu verwenden und ohne durch das Hintergrundlicht
beeinflusst zu werden, und die Vorrichtung kann optische Kommunikation
mit hoher Genauigkeit durchführen,
da das übertragene/empfangene
Signal von dem Pilotsignal nicht beeinflusst wird.